Miassite, il primo superconduttore non convenzionale presente in natura

Gli scienziati dell'Ames National Laboratory negli Stati Uniti hanno identificato il primo superconduttore non convenzionale con una composizione chimica presente anche in natura. La miassite è uno dei quattro minerali scovati in natura che agiscono come superconduttori quando vengono fatti crescere in laboratorio.

Lo studio dei ricercatori - pubblicato su Communications Materials - ha rilevato che la miassite ha proprietà simili ai superconduttori ad alta temperatura.

I superconduttori, come dice il nome, non sono dei semplici conduttori ma hanno una resistenza elettrica nulla, cioè non ostacolano il passaggio delle cariche elettriche, cosa che nei conduttori crea il ben noto fenomeno della dissipazione del calore.

Un'altra caratteristica dei materiali superconduttori è l'effetto Meissner, alla base della levitazione magnetica. In pratica, possono "fluttuare nell'aria" se accompagnati da un magnete esterno che genera un campo magnetico. Questo perché nei superconduttori il campo magnetico viene espulso, creando un "diamagnete perfetto".

I superconduttori potrebbero essere applicati in molti settori con grandi vantaggi, ad esempio nelle reti elettriche senza perdere fino a 200 milioni di megawattora (MWh) a causa della resistenza elettrica. Un altro impiego è nei treni a levitazione magnetica, nella creazione di chip logici e memorie più veloci ed efficienti, ma anche nei tokamak per ottenere la fusione nucleare. Ultimo ma non meno importante, potrebbero consentire di mettere a punto tecniche di imaging e scansione in ambito medico più avanzate ed efficienti.

I superconduttori cosiddetti "convenzionali" hanno basse temperature critiche. Con temperatura critica s'intende la temperatura più alta a cui un materiale agisce come superconduttore. Il sogno è avere un superconduttore che operi ad alte temperature, come quella ambiente, e che richieda basse pressioni.

Negli anni '80, gli scienziati hanno scoperto superconduttori non convenzionali, molti dei quali hanno temperature critiche molto più alte di quelli convenzionali. Quei materiali erano però stati cresciuti in laboratorio e, pertanto, si riteneva che la superconduttività non convenzionale non fosse un fenomeno naturale.

"Anche se la miassite è un minerale scoperto vicino al fiume Miass nell'Oblast di Chelyabinsk, Russia", ha detto Paul Canfield, scienziato che ha sintetizzato cristalli di alta qualità di miassite per questo progetto, "è un minerale raro che generalmente non cresce come cristalli ben formati".

Sono stati utilizzati tre diversi test per stabilire la superconduttività non convenzionale della miassite, incluso "London penetration depth", che misura la reazione del materiale a un debole campo magnetico. Un altro test ha previsto la creazione di difetti nel materiale, che possono influenzare la temperatura alla quale diventa un superconduttore.

I superconduttori non convenzionali sono molto sensibili al disordine e l'introduzione dei difetti cambia o sopprime la temperatura critica. Inoltre, influisce sul campo magnetico critico del materiale. Nella miassite, il team ha scoperto che sia la temperatura critica sia il campo magnetico critico si comportavano come previsto nei superconduttori non convenzionali.

Lo studio migliora la comprensione degli scienziati su come funzionano i superconduttori non convenzionali e promette di sbloccare nuove scoperte nel campo della fisica e nuovi usi per la tecnologia dei superconduttori.

"Scoprire i meccanismi alla base della superconduttività non convenzionale è fondamentale per applicazioni economicamente valide dei superconduttori", ha dichiarato Ruslan Prozorov, scienziato dell'Ames National Laboratory.